EP0844944A1 - Anordnung zum kontrollieren des widerstandes einer an einem übertrager angeschlossenen last - Google Patents

Anordnung zum kontrollieren des widerstandes einer an einem übertrager angeschlossenen last

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EP0844944A1
EP0844944A1 EP96910908A EP96910908A EP0844944A1 EP 0844944 A1 EP0844944 A1 EP 0844944A1 EP 96910908 A EP96910908 A EP 96910908A EP 96910908 A EP96910908 A EP 96910908A EP 0844944 A1 EP0844944 A1 EP 0844944A1
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primary
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load
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    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for controlling the resistance of a load connected to a transformer on the secondary side - preferably the load
  • a rotary transmitter is used, for example, for signal transmission between a control unit and an airbag installed in a steering wheel of a vehicle.
  • the functionality of an airbag must be checked continuously so that it is immediately ready for use in any emergency situation.
  • the resistance of the squib which is typically in the range of
  • the prior art cited provides an oscillating circuit on the secondary side of the rotary transformer, which is excited by a control signal from the primary side. After the control signal has been switched off, the decay of the response signal of the resonant circuit is transmitted back to the primary side and the resistance on the secondary side is determined from the time constant of the decaying response signal.
  • the resistance of a load connected to a transmitter on the secondary side - preferably the squib of an airbag - thereby
  • Deviation from a predetermined value controls that only the inductance of the transformer is measured on the primary side. This measure is based on the knowledge that the inductance measured on the primary side shows a clear dependence on a load resistance connected on the secondary side. If a deviation of the measured inductance from a certain value is found, it can be deduced from this that the load resistance has changed. A shift in the inductance can therefore be used to signal an incorrect change in the load.
  • a measuring resistor is inserted in the primary circuit of the transformer, which is much larger than the primary input resistance of the transformer.
  • the transformer is fed on the primary side by a pulse-shaped control voltage and the rise and / or fall time constant of a measurement voltage falling across the measuring resistor is determined.
  • This time constant is almost exclusively depends on the primary inductance of the transformer, which creates a clear connection to the load resistance.
  • the transformer input resistance which shows no clear dependence on the load resistance, therefore has no influence on the measured time constant.
  • the measured time constant therefore clearly provides information as to whether the load has changed its resistance due to a malfunction.
  • FIG. 1 shows a transformer with a load connected to it.
  • FIG. 2 shows a primary-side replacement circuit diagram of a transformer with devices connected to it for determining the inductance of the transformer.
  • FIG. 3 shows a voltage curve measured on the primary side of the transformer.
  • FIG. 4 shows the dependence of the transformer inductance on a load resistance connected on the secondary side.
  • FIG. 1 shows the basic circuit diagram of a transformer and a load resistor Rz connected to it on the secondary side.
  • the transmitter Ü is, for example, a rotary transmitter, which is between one with an airbag equipped steering wheel and the fixed steering column is arranged.
  • the load Rz connected on the secondary side then corresponds to the resistance of a squib of the airbag.
  • a squib typically has a resistance Rz of approximately 2 ohms. If the resistance of the squib changes beyond certain limit values, this indicates that the function of the airbag is disturbed. Such a situation must be signaled in the vehicle.
  • the control of the squib resistance Rz is carried out continuously and repeatedly.
  • a measuring resistor Rm is connected in series with the resistor Rs.
  • a voltage measuring device Mu measures the measuring voltage Um falling across the measuring resistor Rm.
  • a pulse-shaped control voltage U is present at the primary-side input of the transformer U.
  • FIG. 3 shows the course of the measuring voltage Um in response to a pulse of the control voltage U. Both the rise and the fall of the measurement voltage Um take place with a time constant ⁇ . This time constant ⁇ depends on the in the following way
  • the rise and fall time constant ⁇ depends both on the inductance Ls and the resistance Rs of the transformer. Both the inductance Ls and the resistance R ⁇ of the transformer show a dependence on the load resistance Rz connected on the secondary side. The dependence of the resistance R ⁇ on the load resistance Rz but is not clear.
  • the measuring resistor Rm is therefore chosen to be so large (at least 10 times as large as Rs) that the influence of the resistor Rs almost disappears at the time constant ⁇ .
  • the rise or fall time constant ⁇ of the measuring voltage Um is then almost only dependent on the inductance Ls of the transformer.
  • the rise or fall time constant ⁇ can be determined in the following way.
  • the measurement voltage Um is fed to a threshold value decision SE (see FIG. 2).
  • this threshold value decider has a lower threshold Uu and an upper threshold Uo for the measuring voltage Um.
  • a counter is started in a time recording unit ZE. As soon as the measuring voltage reaches the upper threshold Uo, the counter is stopped. The counter reading is then proportional to the rise time constant ⁇ . If the time constant ⁇ is to be determined in the falling course of the measuring voltage, the time becomes in a similar way determined between falling below the upper voltage threshold Uo and reaching the lower voltage threshold Uu.
  • the upper and lower voltage thresholds can be described as follows:
  • ⁇ T denotes the time determined by the time recording unit Ze when the measuring voltage changes between the two voltage thresholds Uu and Uo (cf. FIG. 3).
  • the equation (5) gives the following for the time constant:
  • the inductance Ls of the transformer is:
  • FIG. 4 shows the dependence of the inductance Ls measured on the primary side on the secondary side Transmitter connected load resistance Rz shown. This dependency is clear.
  • the two characteristic curves for the inductance Ls drawn above and below the solid characteristic curve result from an axial offset between the primary and the

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Abstract

Eine Anordnung, welche eine eindeutige und zuverlässige Erfassung eines an die Sekundärseite eines Übertragers (Ü) angeschlossenen Lastwiderstandes zulässt, enthält Mittel (Mu, SE, ZE), welche primärseitig ausschliesslich die Induktivität (Ls) des Übertragers (Ü) messen und bei Abweichung von einem vorgegebenen Wert einen Fehler der Last signalisieren.

Description

Anordnung zum Kontrollieren des Widerstandes einer an einem Übertrager angeschlossenen Last
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kontrollieren des Widerstandes einer an einem Übertrager sekundärseitig angeschlossenen Last - vorzugsweise der
Zündpille eines Airbag.
Eine derartige Anordnung ist aus der DE 38 12 633 AI bekannt. Gemäß diesem Stand der Technik wird beispielsweise zur Signalübertragung zwischen einem Steuergerät und einem in einem Lenkrad eines Fahrzeugs eingebauten Airbag ein Drehübertrager verwendet. Die Funktionsfähigkeit eines Airbag ist ständig zu überprüfen, damit er in jeder Notfallsituation sofort einsatzbereit ist. Dazu wird der Widerstand der Zündpille, der typischerweise im Bereich von
1,8 Ohm bis 2,5 Ohm liegen soll, einer ständig wiederkehrenden Messung unterzogen. Die Übertragung von Signalen mittels der induktiv gekoppelten Wicklungen des Drehübertragers iεt vom Abstand der beiden Wicklungen, d. h, der Größe des Luftspalts zwischen den Schalenkernen der
Wicklungen, abhängig. Einbau- und Fertigungstoleranzen des Lenkrades, an dem der sekundärseitige Schalenkern des Drehubertragers installiert ist, können zu einer Verfälschung des gemessenen Widerstandswertes der Zündpille führen. Um solche Meßsignalverfälschungen zu vermeiden, sieht der genannte Stand der Technik einen Schwingkreis auf der Sekundärseite des Drehübertragers vor, der von der Primärseite aus von einem Steuersignal angeregt wird. Nach Abschalten des Steuersignals wird das Abklingen des Antwortsignals des Schwingkreises auf die Primärseite zurückübertragen und aus der Zeitkonstanten des abklingenden Antwortsignals der sekundärseitige Widerstand ermittelt.
Vorteile der Erfindung
Gemäß Anspruch 1 wird der Widerstand einer an einem Übertrager sekundärseitig angeschlossenen Last - vorzugsweise der Zündpille eines Airbag - dadurch auf
Abweichung von einem vorgegebenen Wert kontrolliert, daß primärseitig ausschließlich die Induktivität des Übertragers gemessen wird. Dieser Maßnahme liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die primärseitig gemessene Induktivität eine eindeutige Abhängigkeit von einem sekundärseitig angeschlossenen Lastwiderstand zeigt. Wird also eine Abweichung der gemessenen Induktivität von einem bestimmten Wert festgestellt, so läßt sich daraus ableiten, daß sich der Lastwiderstand geändert hat. Eine Verschiebung der Induktivität kann also zum Anlaß genommen werden, um eine fehlerhafte Änderung der Last zu signalisieren.
Zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Danach ist in den Primärkreis des Übertragers ein Meßwiderstand eingesetzt, der sehr viel größer ist als der primärseitige Eingangswiderstand des Übertragers. Der Übertrager wird primärseitig von einer impulsförmigen Kontroll-Spannung gespeist und die Anstiegs¬ und/oder Abfallzeitkonstante einer an dem Meßwiderstand abfallenden Meßspannung ermittelt. Diese Zeitkonstante ist nahezu ausschließlich von der primärseitigen Induktivität des Übertragers abhängig, welche einen eindeutigen Zusammenhang zum Lastwiderstand herstellt. Der Übertrager- Eingangswiderstand, welcher keine eindeutige Abhängigkeit vom Lastwiderstand zeigt, hat somit keinen Einfluß auf die gemessene Zeitkonstante. Die gemessene Zeitkonstante gibt also eindeutig Auskunft darüber, ob die Last aufgrund einer Fehlfunktion ihren Widerstand geändert hat. Es ist zweckmäßig, die Pulsfrequenz der impulsförmigen Kontroll- Spannung so zu wählen, daß die primärseitig gemessene Induktivität deε Übertragers für einen fehlerfreien Lastwiderstand eine möglichst geringe Abhängigkeit von einer Änderung der Kopplung zwiεchen der Primär- und der Sekundärwicklung deε Übertragerε zeigt.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Figur 1 zeigt einen Übertrager mit einer daran angeschloεεenen Last. Figur 2 zeigt ein primärseitigeε Erεatzεchaltbild eines Übertragers mit daran angeschlossenen Einrichtungen zum Ermitteln der Induktivität des Übertragers . Figur 3 zeigt einen auf der Primärseite des Übertragers gemessenen Spannungsverlauf. Figur 4 zeigt die Abhängigkeit der Übertragerinduktivität von einem sekundärseitig angeschloεεenen Lastwiderεtand.
Wie einleitend dargelegt, εoll von der Primärseite eines Übertragers her ein an desεen Sekundärεeite angeschloεsener
Lastwiderstand auf Änderung hin kontrolliert werden. In der Figur 1 ist das Prinzipschaltbild eineε Übertragerε Ü und eineε daran sekundärseitig angeschloεεenen Lastwiderstandeε Rz dargeεtellt. Der Übertrager Ü sei beispielsweiεe ein Drehübertrager, der zwischen einem mit einem Airbag ausgestatteten Lenkrad und der festεtehenden Lenksäule angeordnet iεt. Die εekundärseitig angeεchlossene Last Rz entεpricht dann dem Widerstand einer Zündpille deε Airbag. Eine solche Zündpille hat im Normalfall einen Widerstand Rz von ca. 2 Ohm. Ändert sich der Widerstand der Zündpille über gewisεe Grenzwerte hinaus, so deutet das darauf hin, daß die Funktion des Airbag gestört ist. Eine solche Situation muß im Fahrzeug signalisiert werden. Die Kontrolle des Zündpillenwiderstandes Rz wird stetig wiederkehrend durchgeführt.
Von der Primärseite des Übertragerε Ü her geεehen hat er daε in Figur 2 εtrichliert umrandete Erεatzschaltbild, bestehend aus einem Widerstand Rs und einer Induktivität Ls . In Reihe zum Widerstand Rs ist ein Meßwiderstand Rm geschaltet. Ein Spannungsmeßgerät Mu mißt die an dem Meßwiderstand Rm abfallende Meßspannung Um. Am primärseitigen Eingang des Übertragers Ü liegt eine impulsförmige Kontroll-Spannung U an.
In der Figur 3 ist der Verlauf der Meßspannung Um als Reaktion auf einen Impuls der Kontroll-Spannung U dargestellt. Sowohl der Anstieg als auch der Abfall der Meßεpannung Um erfolgt mit einer Zeitkonstanten τ. Diese Zeitkonstante τ hängt auf folgende Weise von der
Induktivität Ls und den Widerständen Rε und Rm ab:
Ls τ =
Rs + Rm
Eε zeigt sich, daß die Anstiegs- bzw. Abfallzeitkonstante τ sowohl von der Induktivität Ls alε auch dem Widerstand Rs des Übertragers abhängt. Sowohl die Induktivität Ls als auch der Widerstand Rε des Übertragers zeigen eine Abhängigkeit von dem sekundärseitig angeschlossenen Lastwiderεtands Rz . Die Abängigkeit des Widerstandeε Rε vom Lastwiderεtand Rz ist aber nicht eindeutig. Deshalb wird der Meßwiderstand Rm so groß gewählt (mindesten lOmal so groß wie Rs) , daß der Einfluß des Widerstandes Rs bei der Zeitkonεtanten τ nahezu verschwindet. Die Anstiegs- bzw. Abfallzeitkonstante τ der Meßspannung Um ist dann nahezu nur noch von der Induktivität Ls des Übertragerε abhängig.
Ls τ=— (2)
Rm
Ls
Rm Der Verlauf der Meßspannung Um im Anεtiegεzweig läßt sich beschreiben durch
o:
Der Verlauf der Meßspannung Um im abfallenden Zweig läßt sich beεchreiben durch
m{t) - Rm - Il ee -f ytτ)J (4)
Die Anεtiegε- bzw. Abfallzeitkonstante τ läßt sich auf folgende Weise ermitteln. Die Meßεpannung Um wird einem Schwellwertentεcheider SE zugeführt (εiehe Figur 2) . Wie der Figur 3 zu entnehmen ist, besitzt dieser Schwellwertentscheider eine untere Schwelle Uu und eine obere Schwelle Uo für die Meßspannung Um. Sobald die
Meßspannung Um die untere Schwelle Uu überschreitet, wird ein Zähler in einer Zeiterfassungseinheit ZE gestartet. Sobald die Meßspannung die obere Schwelle Uo erreicht, wird der Zähler gestoppt. Der erreichte Zählerstand ist dann proporional zu der Anstiegszeitkonstanten τ. Soll die Zeitkonstante τ im abfallenden Verlauf der Meßspannung ermittelt werden, εo wird auf ähnliche Weise die Zeit zwiεchen Unterεchreiten der oberen Spannungεεchwelle Uo und Erreichen der unteren Spannungεεchwelle Uu ermittelt. Die obere und die untere Spannungsschwelle lassen sich folgendermaßen beschreiben:
u = U - e { τ) (6)
ΔT bezeichnet die von der Zeiterfasεungseinheit Ze ermittelte Zeit beim Übergang der Meßspannung zwischen den beiden SpannungsεchweIlen Uu und Uo (vgl. Fig.3) . Aus der Gleichung (5) ergibt sich für die Zeitkonstante:
-AT τ = — (7) ln( )
U
Aus der Gleichung ( 6 ) ergibt sich die Zeitkonstante :
Um die Genauigkeit bei der Ermittlung der Zeitkonstante τ zu steigern, ist es zweckmäßig, für eine Vielzahl von Impulsen der Kontroll-Spannung U die Zeitkonstante τ nach dem vorherbeεehriebenen Verfahren zu beεtimmen und einen Mittelwert darauε zu bilden. Gemäß Gleichung (2) ergibt sich nun für die Induktivität Ls des Übertragerε :
Lε = τ ■ Rm (9)
In der Figur 4 iεt die Abhängigkeit der primärseitig gemessenen Induktivität Ls vom sekundärεeitig an den Übertrager angeschlosεenen Lastwiderεtand Rz dargestellt. Diese Abhängigkeit ist eindeutig. Die beiden oberhalb und unterhalb der durchgezogenen Kennlinie eingezeichnenten Kennlinien für die Induktivität Ls ergeben sich bei einem axialen Versatz zwischen der Primär- und der
Sekundärwicklung des Übertragers Ü. Die strichliert gezeichnete Kennlinie resultiert bei einem größeren Abstand zwischen den beiden Wicklungen, und die punkt-strichlierte Kennlinie ergibt sich bei einer Annäherung der beiden Wicklungen. Auffällig ist, daß sich alle Kennlinien in einem Punkt schneiden. Die Lage des Schnittpunktes hängt von der Pulεfrequenz der Kontroll-Spannung U ab. Wird die Pulsfrequenz der Kontroll-Spannung U erhöht, so verschiebt sich dieser Schnittpunkt zu einem höheren Lastwiderstand Rz hin. Die Pulsfrequenz der Kontroll-Spannung U wird nun so gewählt, daß der Schnittpunkt der Kennlinien gerade im Bereich eines Lastwiderstandes RzO liegt, den die Last bei einwandfreier Funktion hat. Die gemessene Induktivität Ls wird dann bei ungestörter Last einen vom axialen Versatz der Übertragerwicklungen unabhängigen ,konstanten Wert haben. Erst wenn eine von diesem konstanten Wert abweichende Induktivität Ls ermittelt wird, läßt sich daraus auf eine Fehlfunktion der Last εchließen. Weil εich alεo die Induktivität Ls beim Widerεtand RzO der ungestörten Last auf einem konstanten Wert hält, kann durch einen axialen Versatz der Übertragerwicklungen nicht fälschlicherweiεe auf eine Störung der Last geschlossen werden.

Claims

Ansprüche
1. Anordnung zum Kontrollieren des Widerstandeε einer an einem Übertrager sekundärseitig angeschloεεenen Laεt - vorzugsweise der Zündpille eineε Airbag -, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (Mu, SE, ZE) vorhanden sind, welche primärseitig ausεchließlich die Induktivität (Ls) des Übertragers (Ü) messen und bei Abweichung von einem vorgegebenen Wert einen Fehler der Last signalisieren.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager eine Primär- und eine Sekundärwicklung aufweist, die um eine gemeinsame Achse gegeneinander verdrehbar εind.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Primärkreis deε Übertragerε (Ü) ein Meßwiderstand (Rm) eingesetzt ist, der mindestenε lOmal so groß ist wie der primärseitige Eingangswiderstand (Rs) des Übertragerε (Ü) , und daß Schaltmittel (SE, ZE) vorhanden εind, welche die Anεtiegs- und/oder Abfallzeitkonstante einer an dem Meßwiderstand (Rm) abfallenden Meßεpannung (Um) ermitteln, wenn der Übertrager (Ü) primärεeitig von einer impulεförmigen Kontroll-Spannung (U) geεpeiεt wird.
4. Anordnung nach Anεpruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungεmittel für die Ermittlung der Anεtiegε- und/oder Abfallzeitkonstante einen Schwellwertentscheider (SE) und eine Zeiterfassungseinheit (ZE) aufweisen, welche die Übergangεzeit der Meßspannung (Um) zwischen einem unteren und einem oberen (bzw. umgekehrt) Schwellenwert (Uu, Uo) mißt.
5. Anordnung nach Anεpruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungεmittel (SE, ZE) auε den Anεtiegε- und/oder Abfallzeitkonstanten mehrerer Meßspannungεimpulεe (Um) eine mittlere Anstiegs- und/oder Abfallzeitkonstante ermitteln.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulεfrequenz der impulsförmigen Kontroll-Spannung (U) so gewählt iεt, daß die primärseitig gemessene Induktivität (Ls) deε Übertragerε (Ü) für einen fehlerfreien Laεtwiderεtand (Rz) eine möglichεt geringe Abhängigkeit von einer Änderung der Kopplung zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung deε Übertragers (Ü) zeigt .
EP96910908A 1995-08-19 1996-04-27 Anordnung zum kontrollieren des widerstandes einer an einem übertrager angeschlossenen last Expired - Lifetime EP0844944B1 (de)

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